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浅析打入桩基础设计与施工

394 2020-10-28 14:24:37

打入桩基础的历史


关于打入桩确切的历史,现在已经无从考证;不过公认的说法是早在公元前800年,人类就已经开始使用木桩作为桩基础,钢筋混凝土桩是19世纪末出现于欧洲,20世纪初在美国也有了应用。打桩设备方面,最早的现代化打桩锤是苏格兰蒸汽锤,出现于19世纪初;20世纪20年代,德国人发明了柴油锤,40年代,苏联人发明了振动锤,并于60年代传入了美国市场。当然,近些年来,各种打桩锤的性能表现及操作方法都有了很大的改进。

随着打入桩技术的广泛应用和深入研究,针对打入桩设计与施工的指导手册也在不断完善和更新。美国联邦高速公路管理局于1985年首次编制并发表了《打入桩基础的设计与施工》手册,该手册是美国联邦高速公路管理局用于指导交通领域打入桩设计与施工的专业参考资料。而后此手册分别于1997年、2006年和2015年进行了3次更新。


《打入桩基础的设计与施工》手册系统的介绍了打入桩从设计、施工、项目管理到检测、验收的全流程。2015年更新的最新版本中,最主要的是针对交通领域的设计方法,即用荷载及阻力系数法(LRFD)替代了2007版中采用的容许应力法(ASD)。当然,除此之外,还包含了如下一些重点更新内容:

强调对基础设计的经济合理性的评估。

提高桩身材料强度,并/或使用更大尺寸的桩,来提高桩身承载能力。

对桩基础分析与设计软件进行更新。

在桩基础设计和施工中,使用并量化土体沉降的作用。

加强桩基施工设备,以及对桩基施工设备状态的监控。

增加静载荷试验的使用。

在标称承载力及桩身完整性评估方面加强质量控制及质量管理方法的改进。


打入桩设计与施工概述



“桩的打入是一个粗暴且粗糙的过程”,桩与周围土之间的相互作用非常复杂。桩的打入改变了土体的原有性状,且桩身附近的土体会产生急剧的变形。因此,想把桩的作用机理进行简单的概括并不现实。

在桩基础的设计中,首先就是要对地下情况有一个全面的了解,包括:岩土参数及其作用机理,极限状态的应用,经过修正的载荷以及荷载组合,工程要求,基础造价,以及现有桩基础的设计与施工方法,基础工程师需要关注几个重要的参数,忽略一些次要因素,这样才能保证获得最佳的桩基础设计方案。

通过各种极限状态的组合确定上部荷载

在AASHTO LRFD桥梁设计规范(AASHTO 2014)中,规定了四种极限状态:强度、耐用性、极端情况和疲劳。这些极限状态还可能存在多种组合,因此,在桥梁设计中,我们需要对十三种极限状态进行评估。下表列举描述了五种强度极限情况,两种极端情况,四种耐用性极限状况以及两种疲劳极限状况。

对打入桩基础设计起主导作用的极限状态主要包括:强度I,强度IV,极端情况I(地震),极端情况II(冰冻,船舶撞击,爆破,车辆撞击),以及耐用性I。所有这些极限状态在打入桩基础的设计中的重要程度都是一样的。

确定了荷载组合及载荷系数后,我们通过以下公式来确定上部荷载:

式中: